專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定流體的流屬性的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定流體的流屬性的設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
S. Sudo ^AWifeiI"Detection of small particles in fluid flow using a self-mixing laser，，，Optics Express, Vol. 115, Issue 13, pp. 8135-8145 公開(kāi)了一種通過(guò)使用具有極高光學(xué)靈敏度的激光二極管泵浦的薄片固體激光器的自混合激光多普勒測(cè)量來(lái)檢測(cè)流體流中的小顆粒的實(shí)時(shí)方法。由來(lái)自在稀樣本流中移動(dòng)通過(guò)小直徑玻璃管的小顆粒的重新注入散射光調(diào)制的激光輸出的不對(duì)稱(chēng)功率譜被觀察并且顯示出反應(yīng)流體流的速度分布，該速度分布遵從泊肅葉(Poiseuille)定律。流體流的速度分布與該不對(duì)稱(chēng)功率譜的依存性被確定并且用于基于測(cè)量的不對(duì)稱(chēng)功率譜確定流體流的速度分布。這種方法具有的缺點(diǎn)為只有在流體流具有小的光學(xué)厚度時(shí)，可以確定流體流。對(duì)于更大的光學(xué)厚度，無(wú)法確定流體流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于確定流體的流屬性的設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序，其允許確定更大光學(xué)厚度的流體的流屬性。在本發(fā)明的一方面中，提供了一種用于確定流體的流屬性的設(shè)備，其中該設(shè)備包括
-距離和速度確定單元，其用于確定流體的元到該距離和速度確定單元的距離并且用于同時(shí)確定元的速度，該距離和速度確定單元包括具有激光器腔體的激光器，其中該距離和速度確定單元調(diào)適為，通過(guò)將在激光器腔體內(nèi)生成的激光輻射引導(dǎo)到流體用于被流體反射并且通過(guò)將反射輻射與激光器腔體內(nèi)的輻射混合而生成自混合干涉信號(hào)，并且基于所生成的自混合干涉信號(hào)確定距離和速度，
-流確定單元，其用于基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體的流屬性。由于流體的元到該距離和速度確定單元的距離以及元的速度同時(shí)被確定，所述元所在之處與該距離和速度確定單元的距離以及這些元在這些距離處具有的速度已知。這允許基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體的流屬性。例如，如果流體的光學(xué)厚度小， 使得不一定需要元的所確定的距離用于確定期望流屬性，例如因?yàn)榧す廨椛淇梢陨钌畹卮┩傅搅黧w內(nèi)使得足以用于確定期望流屬性的速度被確定，該流確定單元可以?xún)H僅基于所確定的速度確定流屬性。然而，如果光學(xué)厚度使得所確定的速度不足以用于確定流屬性，例如因?yàn)榧す廨椛錈o(wú)法穿透流體內(nèi)足夠深，該流確定單元可以使用所確定的速度和所確定的距離用于確定流屬性。因而，即使光學(xué)厚度大，通過(guò)使用同時(shí)確定的速度和距離而可以確定流屬性。該距離和速度確定單元調(diào)適為，通過(guò)將在激光器腔體內(nèi)生成的激光輻射引導(dǎo)到流體用于被流體反射以及通過(guò)將反射輻射與激光器腔體內(nèi)的輻射混合而生成自混合干涉信號(hào)。激光器腔體內(nèi)的這種混合引起激光功率的波動(dòng)，該波動(dòng)可以作為自混合干涉信號(hào)被檢測(cè)。這種自混合干涉信號(hào)依賴(lài)于流體的元的速度和距離，其中該距離和速度確定單元調(diào)適為根據(jù)所生成的自混合干涉信號(hào)確定流體的這些元的距離和速度。同時(shí)確定流體的元的距離和速度是指相同的被元反射的反射輻射被用于確定這個(gè)元的距離和速度，即這個(gè)元的所確定的距離和速度同時(shí)描述這個(gè)元的距離和速度。流體的元為例如流體本身的元和/或添加到流體的元。流確定單元調(diào)適為基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體的流屬性，這是指距離、速度、或者距離和速度二者被用于確定流體的流屬性。優(yōu)選的是，該流確定單元調(diào)適為確定最大流速度和體積流量(volume flow)的至少其一作為流體的屬性。體積流量?jī)?yōu)先地定義為在預(yù)定義時(shí)間間隔內(nèi)流動(dòng)經(jīng)過(guò)流體的截面的流體體積。因而，體積流量也可以看作是體積流率。另外優(yōu)選的是，該距離和速度確定單元調(diào)適為 -根據(jù)該自混合干涉信號(hào)確定多普勒頻率，
-確定所確定的多普勒頻率的最大多普勒頻率， -根據(jù)所確定的最大多普勒頻率確定流體的元的最大流速度， 其中該流確定單元調(diào)適為確定該最大流速度作為流屬性。這允許容易地且高精確度地確定最大流速度。另外優(yōu)選的是，該流確定單元調(diào)適為
-提供定義最大流速度和體積流量之間的關(guān)系的體積流量函數(shù)， -通過(guò)使用該體積流量函數(shù)和該最大流速度，確定該體積流量作為流屬性。另外優(yōu)選的是，該設(shè)備還包括流寬度確定單元，其用于根據(jù)元的所確定的距離確定流的寬度。如果激光輻射橫穿該流，則在流以外不存在反射或散射元，或者如果流體置于管內(nèi)，則在管邊緣以外不存在反射或散射元，并且因此將不會(huì)分別從流之外或管之外返回距離信息。此外，相對(duì)于發(fā)射的激光輻射的傳播方向在流的前方，或者如果流體置于管內(nèi)，在管的前方不存在流體的散射或反射元，并且因此從該位置將不返回距離信息。因而，通過(guò)確定到該距離和速度確定單元的最近距離和最大距離，可以確定流的寬度。這個(gè)所確定的寬度可以例如被用于，例如通過(guò)將所確定的寬度與流的已知寬度比較，確定激光輻射是否完全穿透該流。另外優(yōu)選的是，該流確定單元調(diào)適為
-提供流模型函數(shù)，該流模型函數(shù)定義依賴(lài)于流體的元到該距離和速度確定單元的距離的元的速度，
-將該流模型函數(shù)擬合到元的所確定的距離和速度， -根據(jù)所擬合的流模型函數(shù)確定流屬性。該流模型優(yōu)先地為層流流模型，該模型假設(shè)最大流速度是在流的中間并且零流量值(flow value)位于流的邊緣。即使僅僅流體的少許元的距離和速度被確定，仍可以執(zhí)行流模型函數(shù)到流體的元的所確定的距離和速度的擬合。因而，即使流體在光學(xué)上是厚的，仍可以執(zhí)行這種擬合。這因此進(jìn)一步提高了確定具有大光學(xué)厚度的流體的流屬性的能力。
另外優(yōu)選的是，該設(shè)備還包括
-流寬度確定單元，其用于根據(jù)元的所確定的距離確定流的寬度， 其中該距離和速度確定單元和該流確定單元調(diào)適為使得
a)如果所確定的寬度等于或大于預(yù)定義最大速度寬度，該距離和速度確定單元確定該自混合干涉信號(hào)的最大頻率并且根據(jù)所確定的最大頻率確定流體的元的最大流速度，并且該流確定單元確定該最大流速度作為流屬性，
b)如果所確定的寬度小于預(yù)定義最大速度寬度，該流確定單元提供定義依賴(lài)于流體的元到該距離和速度確定單元的距離的元的速度的流模型函數(shù)，將該流模型函數(shù)擬合到元的所確定的距離和速度，并且根據(jù)所擬合的流模型函數(shù)確定流屬性。該預(yù)定義最大速度寬度定義流的寬度，從而允許根據(jù)所生成的自混合干涉信號(hào)確定最大流速度，其中該流的寬度至少必須由流寬度確定單元確定。流的這個(gè)所確定的寬度依賴(lài)于流體的光學(xué)厚度，即在流體中輻射的穿透深度。因而，通過(guò)依賴(lài)于流的所確定的寬度確定流體的流屬性，流屬性的確定依賴(lài)于流體的光學(xué)厚度。如果光學(xué)厚度小，使得激光輻射達(dá)到最大速度寬度，則該距離和速度確定單元和該流確定單元調(diào)適為，通過(guò)根據(jù)該自混合干涉信號(hào)確定多普勒頻率，通過(guò)確定所確定的多普勒頻率的最大多普勒頻率，并且通過(guò)根據(jù)所確定的最大多普勒頻率確定流體的元的最大流速度，確定最大流速度。如果光學(xué)厚度大得使得激光輻射無(wú)法達(dá)到最大速度寬度，該流確定單元提供定義依賴(lài)于流體的元到該距離和速度確定單元的距離的元的速度的流模型函數(shù)，將該模型函數(shù)擬合到元的所確定的距離和速度，并且根據(jù)所擬合的流模型函數(shù)確定流屬性。這允許確定依賴(lài)于流體的光學(xué)厚度的流體的流屬性。另外優(yōu)選的是，該流確定單元調(diào)適為根據(jù)該自混合干涉信號(hào)確定流體的流是層流還是湍流作為流屬性。確定流體的流是層流還是湍流可以用于控制流體的流，使得該流保持或者變?yōu)閷恿?。例如，如果流體被泵浦通過(guò)管，泵壓力可以被控制使得，如果該流為湍流， 泵壓力減小使得該流變?yōu)閷恿?。這最優(yōu)化了由于內(nèi)部摩擦引起的流內(nèi)的損耗。優(yōu)先地，該流確定單元調(diào)適為，在自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖具有混沌行為時(shí)確定該流是湍流，以及其中該流確定單元調(diào)適為，在自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖不具有混沌行為時(shí)確定該流是層流。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定流體的流屬性的方法，其中該方法包括下述步驟
-確定流體的元到距離和速度確定單元的距離以及用于同時(shí)確定元的速度，其中通過(guò)將在激光器腔體內(nèi)生成的激光輻射引導(dǎo)到流體用于被流體反射而生成自混合干涉信號(hào)，其中反射輻射與激光器腔體內(nèi)的輻射混合，并且其中基于所生成的自混合干涉信號(hào)確定距離和速度，
-基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體的流屬性。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種用于確定流體的流屬性的計(jì)算機(jī)程序，其中該計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼裝置，其用于在該計(jì)算機(jī)程序在控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)， 致使如權(quán)利要求1限定的該設(shè)備實(shí)施如權(quán)利要求10限定的方法的步驟。應(yīng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任何組合。


參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將清楚明白并得到闡釋。在下述附圖中
圖1示意性和示例性示出用于確定流體的流屬性的設(shè)備的實(shí)施例， 圖2示意性和示例性示出用于確定流體的流屬性的設(shè)備的距離和速度確定單元的實(shí)施例，
圖3示意性和示例性示出依賴(lài)于流體流內(nèi)的歸一化位置的歸一化速度， 圖4示意性和示例性示出依賴(lài)于流體流內(nèi)的歸一化速度的元數(shù)目， 圖5示意性和示例性示出自混合干涉信號(hào)的譜圖， 圖6示意性和示例性示出用于確定流體的流屬性的布置，以及圖7示例性示出流程圖，該流程圖說(shuō)明用于確定流體的流屬性的方法的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示意性和示例性示出用于確定流體2的流屬性的設(shè)備1。該設(shè)備包括距離和速度確定單元3，其用于確定流體的元到距離和速度確定單元3的距離并且用于同時(shí)確定元的速度。距離和速度確定單元3包括具有激光器腔體6的激光器5 (示于圖2)。距離和速度確定單元3調(diào)適為，通過(guò)將在激光器腔體6內(nèi)生成的激光輻射7弓I導(dǎo)到流體2用于被流體2反射并且通過(guò)將反射輻射8與激光器腔體6內(nèi)的輻射混合，生成自混合干涉信號(hào)。距離和速度確定單元3還調(diào)適為基于所生成的自混合干涉信號(hào)確定距離和速度。用于確定流體2的流屬性的設(shè)備1還包括流確定單元4，其用于基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體2的流屬性。在此實(shí)施例中，流體2在管10內(nèi)流動(dòng)。泵11僅僅示意性示于圖1，該泵11可存在以用于控制管10內(nèi)流體2的流。泵11 可以與流確定單元4連接，從而控制泵11使得獲得預(yù)定流量值。距離和速度確定單元3調(diào)適為，通過(guò)將在激光器腔體6內(nèi)生成的激光輻射7引導(dǎo)到流體2用于被流體2反射并且通過(guò)將反射輻射8與激光器腔體6內(nèi)的輻射混合，生成自混合干涉信號(hào)。激光器腔體6內(nèi)的這種混合引起激光功率的波動(dòng)，該波動(dòng)被示于圖2的檢測(cè)器12檢測(cè)。檢測(cè)器12通過(guò)檢測(cè)從激光器腔體6耦出的輻射13的強(qiáng)度而檢測(cè)激光功率。 由檢測(cè)器12檢測(cè)到的自混合干涉信號(hào)依賴(lài)于流體2的元的速度和距離，并且距離和速度確定單元3包括分析單元14，其調(diào)適為根據(jù)所生成的自混合干涉信號(hào)確定流體2的這些元的距離和速度。該距離和速度確定單元首先確定速度在輻射7方向上的分量，其中通過(guò)知曉流方向和輻射7方向之間的角而用三角法確定在流方向上的速度，例如通過(guò)將在輻射7方向上的分量乘以此角的余弦。流確定單元4調(diào)適為確定最大流速度和體積流量的至少其一作為流體的屬性。體積流量?jī)?yōu)先地定義為在預(yù)定義時(shí)間間隔內(nèi)流動(dòng)經(jīng)過(guò)流體截面的流體2的體積。因而，體積流量也可以看作是體積流率。流體2流優(yōu)先地為層流流(laminar flow)，層流流由拋物線速度分布表征。對(duì)于管10內(nèi)液體的層流流，速度在管邊界為零并且在管10的中心具有最大值。這示例性且示意性示于圖3。圖3示出 依賴(lài)于管 1 0 的歸一化半徑
P/P的歸一化速度V/P·。歸一化半徑0. 0表示管10的中心，并且歸一化半徑-ι. 0和1. 0
表示管邊界。示于圖3的速度分布可以用下述方程表達(dá) 2
V(P) = VmcO-^)⑴，
其中KP)表示在半徑P處流體2的元的速度，其中1^ 表示在管10的中心處的最大速度，并且其中P表示管10的半徑。如果假設(shè)在流體2內(nèi)散射元密度均勻，可以獲得在不同速度1處顆粒數(shù)目的分布 Φ),如圖4示意性和示例性所示。在圖4中可以看出，由于層流流中速度分布圖的拋物線性質(zhì)，大多數(shù)元以最大速度行進(jìn)。此圖中的最大速度是由流體元的數(shù)目朝向最大速度的急劇增大來(lái)表征。在某一速度的測(cè)量的自混合干涉信號(hào)的強(qiáng)度與在此速度的流體元的數(shù)目成比例。對(duì)于光學(xué)薄流體， 最大速度點(diǎn)將由自混合干涉信號(hào)中的強(qiáng)峰來(lái)標(biāo)記。優(yōu)先地通過(guò)在管面積上對(duì)方程(1)中定義的速度分布圖積分來(lái)確定體積流量 ΔΓ/ 。這得到下述方程
AF _ ^2Iw
------) ο
M 2在一實(shí)施例中，距離和速度確定單元3，具體而言分析單元14調(diào)適為根據(jù)自混合干涉信號(hào)確定多普勒頻率。優(yōu)先地，距離和速度確定單元3使用下述方程用于根據(jù)多普勒頻率確定速度
Jd—m = JU 入
其中表示多普勒頻率，V · COS φ表示沿著圖1中的激光束7方向的速度分量，并
且i表示未擾動(dòng)的激光器5的波長(zhǎng)。來(lái)自在流體2內(nèi)流動(dòng)的元的反饋在激光器腔體6內(nèi)部生成具有此多普勒頻率的變化的干涉信號(hào)，該干涉信號(hào)為自混合干涉信號(hào)。因此，由檢測(cè)器 12檢測(cè)到的激光輸出功率以一頻率被調(diào)制，從該頻率可以導(dǎo)出流體內(nèi)散射元的速度。因而， 通過(guò)使用方程(3)，基于所確定的多普勒頻率可以確定流體2的元的速度。在一實(shí)施例中，距離和速度確定單元3，具體而言分析單元14調(diào)適為確定所確定的多普勒頻率的最大多普勒頻率，并且通過(guò)使用方程(3)根據(jù)所確定的最大多普勒頻率，確定流體2的元的最大流速度。在此實(shí)施例中，流確定單元4調(diào)適為確定最大流速度為流屬性。再者，流確定單元4優(yōu)先地調(diào)適為通過(guò)使用所確定的最大流速度和方程(2)確定體積流量。對(duì)于透明流體，單位為任意單位的自混合干涉信號(hào)的譜圖的實(shí)例示于圖5。在此實(shí)例中，調(diào)制設(shè)備15不調(diào)制激光器5的頻率，即所示譜圖也是多普勒頻率的譜圖。優(yōu)先地通過(guò)在自混合干涉信號(hào)的多個(gè)單獨(dú)功率譜上求平均而獲得該譜圖。在示于圖5的實(shí)例中，該頻率譜圖具有清晰的峰并且在觀察到的頻率迅速衰減之后，最大頻率是在大約0. 22MHz。 優(yōu)先地，放大器被用于測(cè)量自混合干涉信號(hào)。這種放大器的使用會(huì)在自混合干涉信號(hào)的譜圖中引入偽像，其例如為在圖5中可以看出的在DC處的峰。優(yōu)先地，如果激光器5的輻射7可以達(dá)到具有最大流速度的流體的元，具體而言， 如果激光器5的輻射7可以達(dá)到管10的中心，則該流體被視為透明的。為了確定依賴(lài)于最大流速度的體積流量，流確定單元4優(yōu)先地包括體積流量函數(shù)，該體積流量函數(shù)定義最大流速度和體積流量之間的關(guān)系。該函數(shù)優(yōu)先地由方程(2)定義。流確定單元4優(yōu)先地調(diào)適為，通過(guò)使用體積流量函數(shù)和最大流速度，確定體積流量作為流屬性。設(shè)備1還包括流寬度確定單元9，其用于根據(jù)元的所確定的距離確定流的寬度。如果激光輻射7橫穿該流，該流之外不存在反射或散射元，具體而言，在管10的邊緣之外不存在反射或散射元，并且因此將不從管10之外返回距離信息。此外，相對(duì)于發(fā)射的激光輻射 7的傳播方向，在管前方不存在流體2的散射或反射元，并且因此將不從該位置返回距離信肩、ο因而，通過(guò)確定到距離和速度確定單元3，具體而言到距離和速度確定單元3的激光器5的最近距離和最大距離，可以確定流的寬度。例如通過(guò)將所確定的寬度與流體2的已知寬度比較，這個(gè)所確定的寬度可以例如用于確定激光輻射7是否完全穿透流體2。在此實(shí)施例中，通過(guò)將所確定的寬度與管10的寬度比較，可以確定激光輻射7是否完全穿透流體2。此外，所確定的流的寬度可以用于確定管10的直徑，該直徑對(duì)于確定速度分布圖是至關(guān)重要的，并且該直徑在可用時(shí)使得校準(zhǔn)是多余的。此外，所確定的流的寬度可以被用作控制參數(shù)以確保所研究的流體是足夠透明的，使得從管10的整個(gè)截面獲得散射功率。距離和速度確定單元3和流確定4優(yōu)先地調(diào)適為使用頻率調(diào)制技術(shù)用于確定流體 2的元的距離。為此，距離和速度確定單元3優(yōu)先地包括調(diào)制設(shè)備15，其用于調(diào)制激光器5 的頻率。調(diào)制設(shè)備15優(yōu)先地為電流驅(qū)動(dòng)單元，其優(yōu)先地施加三角形調(diào)制在激光器驅(qū)動(dòng)電流上。如果激光器5為半導(dǎo)體激光器，如同在此優(yōu)選實(shí)施例這樣，這種電流調(diào)制引起發(fā)射的輻射7的波長(zhǎng)中的相應(yīng)調(diào)制。結(jié)果，當(dāng)改變注入電流/時(shí)，每增加與從激光器5到流體2相應(yīng)元的往返長(zhǎng)度適配的波長(zhǎng)，輻射的相位增加360°。每個(gè)360°相位旋轉(zhuǎn)造成發(fā)射的輻射7 的功率中的一個(gè)最小值和一個(gè)最大值。這些“波動(dòng)”的數(shù)目Δ 與波長(zhǎng)變動(dòng)Δ 的函數(shù)可以由下述方程定義
An = Α i-(4),
Λ2
其中i/表示從激光器到相應(yīng)流體元的長(zhǎng)度。波長(zhǎng)減小具有與散射元遠(yuǎn)離激光器5移動(dòng)相似的效應(yīng)，而波長(zhǎng)增大則模仿散射元朝向激光器5移動(dòng)。如果使用對(duì)激光器電流的三角形調(diào)制，波長(zhǎng)將周期性減小和增大，從而模仿周期性地遠(yuǎn)離和朝向激光器5移動(dòng)。由檢測(cè)器12測(cè)量的功率，即從激光器腔體6耦出的輻射13的強(qiáng)度，在時(shí)間上按此三角形調(diào)制的頻率變化，但是現(xiàn)在在該頻率上疊加了頻率
力，的波動(dòng)，該頻率/d可以通過(guò)使用下述方程來(lái)確定
9
Λ中的下標(biāo)表示散射元不移動(dòng)，即散射元不具有在輻射7方向上的速度分量。這種情況下，在三角形調(diào)制的上升段和下降段期間，波動(dòng)頻率是相同的?？紤]移動(dòng)的元，該頻率另外改變了多普勒頻率。當(dāng)元移動(dòng)離開(kāi)時(shí)，在波長(zhǎng)減小期間多普勒頻率將加到J0，而當(dāng)波長(zhǎng)增大時(shí)從Λ減去多普勒頻率。這可以由下述方程表達(dá)
Zltf = /o - /o—te(6 )以及
S dewa ~ Sfi^r Dojipler(7)。在方程(6)中，/%表示在三角形調(diào)制的上升段自混合干涉信號(hào)的頻率，并且表示在三角形調(diào)制的下降段自混合干涉信號(hào)的頻率。通過(guò)根據(jù)下述方程計(jì)算頻車(chē)Λ
^Zo=CZdGWI/ 2(8)
并且利用所計(jì)算的頻通過(guò)使用方程(5)，可以確定元到距離和速度確定單元3，具體而言到激光器5的距離。通過(guò)根據(jù)下述方程計(jì)算Acwter
(9)
并且利用所計(jì)算的頻率通過(guò)使用方程(1)，可以確定沿著輻射7方向的元的速度。由于例如通過(guò)上述方程(1)至(7)已知流體的單個(gè)元的距離和速度與自混合干涉信號(hào)的頻率的依存性，則例如通過(guò)將流體的元的貢獻(xiàn)，即距離和速度的貢獻(xiàn)線性地結(jié)合到自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖，也已知流體的若干元的距離和速度與自混合干涉信號(hào)的相應(yīng)頻率譜圖的依存性。這種已知的依存性?xún)?yōu)先地被用于根據(jù)自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖確定距離分布和速度分布。例如，知曉上述已知的自混合干涉信號(hào)譜圖與距離和速度分布的依存性，可以執(zhí)行類(lèi)似蒙特-卡羅模擬的模擬，其中利用不同距離和速度分布模擬自混合干涉信號(hào)的不同譜圖，直到就比如相關(guān)性或平方差之和的相似性度量而言，自混合干涉信號(hào)的模擬的譜圖與測(cè)量的譜圖是相似的。還可以使用擬合過(guò)程，其中距離分布和速度分布被確定，使得通過(guò)使用上述已知的自混合干涉信號(hào)的譜圖與距離和速度分布的依存性確定的自混合干涉信號(hào)的譜圖被擬合到自混合干涉信號(hào)的測(cè)量的譜圖。還有可能通過(guò)使用上述已知依存性，根據(jù)自混合干涉信號(hào)的測(cè)量的譜圖解析地計(jì)算距離和速度分布。為了執(zhí)行上述模擬過(guò)程或者上述擬合過(guò)程，自混合干涉信號(hào)的譜圖與距離和速度分布的依存性可以看作一模型。除了將流體的單個(gè)元的速度和距離的貢獻(xiàn)結(jié)合到，具體而言線性地結(jié)合到自混合干涉信號(hào)的譜圖，這個(gè)模型可以包含在指定速度對(duì)流體元的密度的考慮和/或?qū)υ诹黧w內(nèi)的衰減的考慮。下面進(jìn)一步將更詳細(xì)描述這些附加考慮。如果假設(shè)不調(diào)制電流，譜圖具有形狀圾Aorokr),則如果電流被調(diào)制，譜圖在向上側(cè)翼可以用風(fēng)丨表示并且在向下側(cè)翼用鞏丨-+/DopptoI)表示，其中a為比例
常數(shù)并且i/為相應(yīng)元到距離和速度確定單元3，具體而言到激光器5的距離。散射顆粒生成的頻率是由到激光器的距離連同由于電流調(diào)制和顆粒速度引起的激光器頻率變化來(lái)確定。距離和速度確定單元3優(yōu)先地調(diào)適為如上所述通過(guò)模擬、擬合或解析計(jì)算從兩個(gè)譜圖
SXI皿’
權(quán)利要求
1.一種用于確定流體(2)的流屬性的設(shè)備(1)，該設(shè)備包括-距離和速度確定單元(3)，其用于確定流體(2)的元(17)到該距離和速度確定單元 (3)的距離并且用于同時(shí)確定元(17)的速度，該距離和速度確定單元(3)包括具有激光器腔體(6)的激光器(5)，其中該距離和速度確定單元(3)調(diào)適為，通過(guò)將在激光器腔體(6)內(nèi)生成的激光輻射(7)引導(dǎo)到流體(2)用于被流體(2)反射并且通過(guò)將反射輻射(8)與激光器腔體(6)內(nèi)的輻射混合而生成自混合干涉信號(hào)，并且基于所生成的自混合干涉信號(hào)確定距離和速度，-流確定單元(4)，其用于基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體(2)的流屬性。
2.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該流確定單元(4)調(diào)適為確定最大流速度和體積流量的至少其一作為流體(2)的屬性。
3.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該距離和速度確定單元(3)調(diào)適為 -根據(jù)該自混合干涉信號(hào)確定多普勒頻率，-確定所確定的多普勒頻率的最大多普勒頻率， -根據(jù)所確定的最大多普勒頻率確定流體(2)的元(17)的最大流速度， 其中該流確定單元(4)調(diào)適為確定該最大流速度作為流屬性。
4.如權(quán)利要求3限定的設(shè)備，其中該流確定單元(4)調(diào)適為-提供定義最大流速度和體積流量之間的關(guān)系的體積流量函數(shù)， -通過(guò)使用該體積流量函數(shù)和該最大流速度，確定該體積流量作為流屬性。
5.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括流寬度確定單元(9)，其用于根據(jù)元 (17)的所確定的距離確定流的寬度。
6.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該流確定單元(4)調(diào)適為-提供流模型函數(shù)，該流模型函數(shù)定義依賴(lài)于流體(2)的元(17)到該距離和速度確定單元(3)的距離的元(17)的速度，-將該流模型函數(shù)擬合到元(17)的所確定的距離和速度， -根據(jù)所擬合的流模型函數(shù)確定流屬性。
7.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括-流寬度確定單元(9)，其用于根據(jù)元(17)的所確定的距離確定流的寬度， 其中該距離和速度確定單元(9)和該流確定單元(4)調(diào)適為使得a)如果所確定的寬度等于或大于預(yù)定義最大速度寬度，該距離和速度確定單元(3)確定該自混合干涉信號(hào)的最大頻率并且根據(jù)所確定的最大頻率確定流體(2)的元(17)的最大流速度，并且該流確定單元(4)確定該最大流速度作為流屬性，b)如果所確定的寬度小于預(yù)定義最大速度寬度，該流確定單元(4)提供定義依賴(lài)于流體(2)的元(17)到該距離和速度確定單元(3)的距離的元(17)的速度的流模型函數(shù)，將該流模型函數(shù)擬合到元(17)的所確定的距離和速度，并且根據(jù)所擬合的流模型函數(shù)確定流屬性。
8.如權(quán)利要求1限定的設(shè)備，其中該流確定單元(4)調(diào)適為根據(jù)該自混合干涉信號(hào)確定流體的流是層流還是湍流作為流屬性。
9.如權(quán)利要求8限定的設(shè)備，其中該流確定單元(4)調(diào)適為，在自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖具有混沌行為時(shí)確定該流是湍流，以及其中該流確定單元(4)調(diào)適為，在自混合干涉信號(hào)的頻率譜圖不具有混沌行為時(shí)確定該流是層流。
10.一種用于確定流體(2)的流屬性的方法，該方法包括下述步驟-確定流體(2)的元(17)到距離和速度確定單元(3)的距離以及用于同時(shí)確定元(17) 的速度，其中通過(guò)將在激光器腔體(6)內(nèi)生成的激光輻射(7)引導(dǎo)到流體(2)用于被流體 (2)反射而生成自混合干涉信號(hào)，其中反射輻射(8)與激光器腔體(6)內(nèi)的輻射混合，并且其中基于所生成的自混合干涉信號(hào)確定距離和速度，-基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體(2)的流屬性。
11.一種用于確定流體(2)的流屬性的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼裝置， 其用于在該計(jì)算機(jī)程序在控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，致使如權(quán)利要求1限定的該設(shè)備實(shí)施如權(quán)利要求10限定的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定流體(2)的流屬性的設(shè)備(1)。該設(shè)備包括距離和速度確定單元(3)，其用于確定流體的元到該距離和速度確定單元(3)的距離并且用于基于自混合干涉信號(hào)同時(shí)確定元的速度。該設(shè)備(1)還包括流確定單元(4)，其用于基于所確定的距離和速度的至少其一確定流體(2)的流屬性。這允許確定流屬性，即使流體(2)在光學(xué)上是厚的。
文檔編號(hào)G01F1/66GK102356297SQ201080012303
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者范德利 A., 本戈埃切亞阿佩斯特吉亞 J., 卡派 M., 韋希曼 U. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司